6 phút đọc
Gã khổng lồ công nghệ IBM vừa chính thức công bố một hệ thống làm lạnh sâu dạng module thế hệ mới, có khả năng hạ nhiệt độ xuống dưới -273,14 độ C – mức nhiệt thậm chí còn lạnh hơn cả không gian sâu ngoài vũ trụ. Đột phá kỹ thuật này được kỳ vọng sẽ giải quyết một trong những rào cản vật lý lớn nhất của công nghệ điện toán tương lai, dọn đường cho việc ra mắt siêu máy tính lượng tử chịu lỗi quy mô lớn vào năm 2029.
Thách thức từ nhiệt độ cận độ 0 tuyệt đối và thiết kế hình hộp mới
Khác với máy tính thông thường sử dụng các bit nhị phân chỉ lưu trữ giá trị 0 hoặc 1, máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử (qubit). Qubit có thể lưu trữ nhiều giá trị giữa 0 và 1 đồng thời thực hiện các phép tính song song, giúp tăng sức mạnh tính toán theo cấp số nhân. Tuy nhiên, để hoạt động chính xác, các đơn vị xử lý lượng tử siêu dẫn (QPU) đòi hỏi môi trường nhiệt độ cực thấp, gần độ 0 tuyệt đối (-273,15 độ C).
Trước đây, việc chế tạo máy tính lượng tử quy mô lớn gặp rất nhiều khó khăn do cấu trúc phức tạp của hệ thống tủ lạnh hình trụ tròn truyền thống. Các kỹ sư không thể đơn giản là xây dựng một tòa nhà khổng lồ siêu lạnh rồi lấp đầy bộ xử lý lượng tử bên trong, bởi hạ tầng quá lớn sẽ khiến hệ thống dễ hỏng hóc. Hơn nữa, mỗi khi cần nâng cấp phần cứng, sửa lỗi hoặc kiểm tra chip, đội ngũ kỹ thuật buộc phải dỡ niêm phong nhiệt độ, làm gián đoạn hoàn toàn hoạt động của máy tính.
Để giải quyết bài toán này, IBM đã thay đổi hoàn toàn tư duy thiết kế bằng cách chuyển đổi từ tủ lạnh hình trụ tròn sang dạng hình hộp chữ nhật có tính module hóa. Thiết kế mới cho phép tích hợp hệ thống dây dẫn hiển thị dữ liệu đo lường và điều khiển dày đặc hơn, đơn giản hóa kết nối giữa các ô liền kề, từ đó mở rộng diện tích lắp đặt bộ xử lý lượng tử. Thay đổi này còn giúp tách riêng các thành phần và hệ thống phụ để tối ưu hóa dễ dàng trong tương lai, ngay cả khi mật độ dây và thiết bị lượng tử tăng lên.
Công nghệ làm lạnh sâu vượt trội cả không gian vũ trụ
Theo thông tin từ Interesting Engineering, trong một thử nghiệm gần đây, IBM đã kết hợp hai module của hệ thống tủ lạnh lượng tử mới này. Kết quả cho thấy, chúng có thể phối hợp để làm lạnh xuống mức -269,15 độ C chỉ trong chưa đầy 5 ngày, trước khi đạt tới nhiệt độ đích cực hạn là dưới -273,14 độ C ngay sau đó. Mức nhiệt này thậm chí còn thấp hơn nhiệt độ trung bình của không gian sâu ngoài vũ trụ (-270,45 độ C).
Đáng chú ý, dù hoạt động ở môi trường siêu lạnh, module mới vẫn cung cấp không gian đi dây nhiều gấp 12 lần so với phiên bản tủ lạnh hình trụ tròn trước đây của hãng. Đây là điều kiện kỹ thuật cốt lõi để các bộ xử lý lượng tử siêu dẫn của IBM vận hành chính xác và ổn định.
Để duy trì mức nhiệt độ cực thấp này, các kỹ sư của IBM đã kết hợp máy nén khí heli siêu lạnh với động cơ làm lạnh pha loãng thương mại. Đi kèm với đó là hệ thống bảo vệ chống nóng nghiêm ngặt bao gồm vỏ bọc chân không, các miếng đệm chống nhiễu điện từ và tấm chắn siêu cách nhiệt sử dụng sợi Mylar nhiều lớp.
Lộ trình tiến tới siêu máy tính lượng tử chịu lỗi năm 2029
Với công nghệ tủ lạnh lượng tử module mới, IBM đã vạch ra một lộ trình phát triển rõ ràng cho những năm tới:
- Năm 2027: IBM dự kiến triển khai hệ thống làm lạnh sâu dạng module mới vào thực tế. Phiên bản ban đầu sẽ sử dụng từ 2 đến 3 ô (cell) liên kết với nhau, hỗ trợ vận hành tổng cộng khoảng 1.000 qubit.
- Năm 2029: Đây sẽ là cột mốc quan trọng khi IBM đặt mục tiêu ra mắt Starling – máy tính lượng tử chịu lỗi quy mô lớn đầu tiên của hãng.
Theo Next Platform, siêu máy tính Starling dự kiến sẽ chứa tới 200 qubit logic và có khả năng thực hiện lên đến 100 triệu phép tính lượng tử. Con số này mạnh gấp 20.000 lần so với các hệ thống máy tính lượng tử hiện nay của hãng.
Sức mạnh của máy tính lượng tử chịu lỗi nằm ở khả năng áp dụng kỹ thuật sửa lỗi lượng tử để khắc phục tình trạng nhiễu theo thời gian thực. Điều này cho phép máy tính thực hiện các tác vụ quy mô lớn liên tục mà không bị gián đoạn. Khi được hiện thực hóa, Starling sẽ mở ra cơ hội cho các nhà khoa học máy tính thực hiện các nghiên cứu mang tính đột phá trên nhiều lĩnh vực phức tạp như hóa học, khoa học vật liệu và vật lý lý thuyết.
Những rào cản cần tiếp tục theo dõi
Mặc dù IBM đã chứng minh thành công khả năng làm lạnh sâu vượt trội của hệ thống module mới, giới công nghệ vẫn đang theo dõi sát sao cách hãng tối ưu hóa hiệu năng khi ghép nối nhiều module hơn trong tương lai. Việc duy trì nhiệt độ ổn định dưới -273,14 độ C trên một quy mô kết nối lớn hơn, cũng như việc kiểm soát chi phí vận hành hệ thống máy nén khí heli siêu lạnh, vẫn là những thách thức kỹ thuật lớn cần thời gian trả lời trước mốc thời gian năm 2029.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
